(57)【要約】  【課題】  振動が多い場所で使用される電気化学セルであっても、参照電極が電解液から隔離されることを防止し、かつ、電気化学セルの状態を明確に検知可能とする。【解決手段】二次電池１０は、導体製のケース２８、発電要素２０、電解液２６、および、保護シート３６を備える。発電要素２０はケース２８に収容される。電解液２６もケース２８に収容される。保護シート３６は発電要素２０および電解液２６と共にケース２８に収容される。保護シート３６は発電要素２０を包む。二次電池１０は、参照電極３４をさらに備える。参照電極３４はケース２８に収容される。参照電極３４はケース２８と導通している。保護シート３６がイオン通過部を有する。【選択図】  図２
2013030302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体製のケース、前記ケースに収容される発電要素、前記ケースに収容される電解液、および、前記ケースと前記発電要素との間に配置される保護シートを備える電気化学セルであって、
前記電気化学セルは、前記ケースに収容され前記ケースと導通している参照電極をさらに備えており、
前記保護シートがイオン通過部を有することを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記イオン通過部が孔あき領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記孔あき領域に、前記参照電極へ対向する複数の孔が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記参照電極のいずれかの部分が前記ケースのうち前記保護シートよりも底面側の領域に配置されており、
前記イオン通過部が、前記参照電極のうち前記保護シートよりも底面側の領域に配置されている部分に対向することを特徴とする請求項１に記載の電気化学セル。
【請求項５】
前記底面側の領域が前記ケースの底面を含み、
前記参照電極のうち前記保護シートよりも底面側の領域に配置されている部分が板状部分を有しており、
前記参照電極の前記板状部分が前記底面に貼付けられていることを特徴とする請求項４に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、二次電池を開示する。この二次電池は、正極，負極、それらの間に存在するセパレータ、少なくとも正極と負極およびセパレータに含まれて存在する電解液、ならびに、それらを収納する電池容器を具備する。この二次電池は、参照電極をさらに有する。この参照電極は、電池容器の内面でその容器と一体化している。
【０００３】
特許文献１に開示された二次電池によれば、密閉型電池などにおいて、参照電極が電解液から隔離されることを防止し、かつ、二次電池の状態を明確に検知できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２９０８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された発明には、振動が少ない場所で使用される電気化学セルには適用できても、振動が多い場所で使用される電気化学セルには適用し難いという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、振動が多い場所で使用される電気化学セルであっても、参照電極が電解液から隔離されることを防止でき、かつ、電気化学セルの状態を明確に検知できる、電気化学セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図面を参照して本発明の電気化学セルを説明する。なお、この欄で図中の符号を使用したのは、発明の内容の理解を助けるためであって、内容を図示した範囲に限定する意図ではない。
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、導体製のケース２８、発電要素２０、電解液２６、および、保護シート３６を備える電気化学セル１０にかかるものである。この発明において、発電要素２０はケース２８に収容される。電解液２６もケース２８に収容される。保護シート３６はケース２８と発電要素２０との間に配置される。電気化学セル１０は、参照電極３４をさらに備える。参照電極３４はケース２８に収容される。参照電極３４はケース２８と導通している。保護シート３６がイオン通過部を有する。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上述したイオン通過部が孔あき領域７０を有するものである。
【００１０】
請求項３にかかる発明は、請求項２にかかる発明において、上述した孔あき領域７０に複数の孔８０が設けられているものである。それらの複数の孔８０は参照電極３４へ対向する。
【００１１】
請求項４にかかる発明は、請求項１にかかる発明において、上述した参照電極３４のいずれかの部分がケース２８のうち保護シート３６よりも底面側の領域に配置されているものである。そして、イオン通過部は、参照電極３４のうち保護シート３６よりも底面側の領域に配置されている部分に対向する。
【００１２】
請求項５にかかる発明は、請求項４にかかる発明において、上述した底面側の領域がケース２８の底面を含むものである。そして、参照電極３４のうち保護シート３６よりも底面側の領域に配置されている部分が板状部分を有している。参照電極３４の板状部分が底面に貼付けられている。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１にかかる発明によれば、電気化学セル１０は保護シート３６を備える。保護シート３６はケース２８と発電要素２０との間に配置される。保護シート３６が備えられているので、振動が多い場所で使用されたとしても、発電要素２０が導体製のケース２８に接触してショートが生じるといった不都合の心配はない。その保護シート３６はイオン通過部を有する。イオン通過部は、電解液２６中のイオンが発電要素２０と参照電極３４との間を行き来する部分である。保護シート３６がイオン通過部を有するので、電解液２６中のイオンが保護シート３６を通過する。一方、参照電極３４はケース２８に収容される。参照電極３４はケース２８と導通している。これにより、電解液２６中のイオンはイオン通過部を経て発電要素２０と参照電極３４との間を行き来できることとなる。電解液２６中のイオンがイオン通過部を経て発電要素２０と参照電極３４との間を行き来できるので、保護シート３６が障壁となって参照電極３４が電解液２６から隔離される恐れは少なくなる。その結果、振動が多い場所で使用される電気化学セルであっても、参照電極３４が電解液２６から隔離されることを防止でき、かつ、電気化学セル１０の状態を明確に検知できる。
【００１４】
請求項２にかかる発明によれば、電解液２６中のイオンが孔あき領域７０を通過することとなる。孔あき領域７０を設けることにより電解液２６中のイオンが保護シート３６を通過できるようにすることは、その他の構造によって電解液２６中のイオンが保護シート３６を通過できるようにすることに比べ、容易に実現できることである。その結果、参照電極３４が電解液２６から隔離されることを容易に防止でき、かつ、電気化学セル１０の状態を明確に検知できる。
【００１５】
請求項３にかかる発明によれば、孔あき領域７０には複数の孔８０が設けられる。それらの孔８０は参照電極３４に対向する。一方、上述したとおり、保護シート３６はケース２８と発電要素２０との間に配置される。これにより、発電要素２０と参照電極３４とが複数の孔８０を介して対向することになる。その結果、孔８０が参照電極３４に対向していない場合に比べて電解液２６中のイオンが行き来する経路の平均距離は短くなる。平均距離が短くなるので、その途中にイオンの行き来を遮る障害が発生する可能性は低くなる。障害が発生する可能性が低くなる分、参照電極３４が何らかの原因で電解液２６から隔離される恐れは低くなる。その結果、参照電極３４が何らかの原因で電解液２６から隔離される可能性を低くでき、かつ、電気化学セル１０の状態を明確に検知できる。
【００１６】
請求項４にかかる発明によれば、参照電極３４のいずれかの部分がケース２８のうち保護シート３６よりも底面側の領域に配置されている。多くの場合において、電解液２６はケース２８の底にたまる。これにより、参照電極３４のいずれかの部分が電解液２６に浸る可能性は、ケース２８のうち保護シート３６よりも天板側の領域に参照電極３４全体が配置されている場合に比べて、高くなる。参照電極３４のいずれかの部分が電解液２６に浸る可能性が高くなるので、参照電極３４が何らかの原因で電解液２６から隔離される恐れは低くなる。その結果、参照電極３４が何らかの原因で電解液２６から隔離される可能性を低くでき、かつ、電気化学セル１０の状態を明確に検知できる。
【００１７】
請求項５にかかる発明によれば、参照電極３４の板状部分がケース２８の底面に貼付けられている。これにより、参照電極３４の板状部分が電解液２６に浸る可能性は、ケース２８のうち保護シート３６よりも天板側の領域に参照電極３４全体が配置されている場合に比べて、高くなる。しかもイオン通過部がその板状部分に対向することとなる。参照電極３４の板状部分が電解液２６に浸っている状態でイオン通過部がその板状部分に対向していると、そうでない場合に比べ、イオンの行き来が安定して行われる可能性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態にかかる二次電池の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる絶縁袋の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２０】
［構造の説明］
本実施形態にかかる二次電池１０は、リチウムイオン二次電池である。二次電池１０は、図１に示すように、発電要素２０と、正極集電体２２と、負極集電体２４と、電解液２６とを、ケース２８内部に収容したものである。
【００２１】
発電要素２０は、アルミ製の正極箔（図示省略）と銅製の負極箔（図示省略）とそれらの間に設けられる二枚のセパレータ（図示省略）とを渦巻状に巻回したものである。正極箔の端部は、アルミまたはアルミ合金製の正極集電体２２に導通接合されている。負極箔の端部は、銅または銅合金製の負極集電体２４に導通接合されている。
【００２２】
ケース２８は、無蓋箱状の本体ケース部５０と天板５２とをレーザー溶接などによって一体化したものである。ケース２８には、アルミ製の正極端子３０と銅製の負極端子３２とが設けられている。正極端子３０と負極端子３２とは天板５２に取付けられている。正極端子３０は正極集電体２２に導通接続される。負極端子３２は負極集電体２４に導通接続される。ちなみに、ケース２８の素材は導体である。ケース２８の素材として、導体のうち、アルミ合金およびステンレス合金が好ましい。
【００２３】
本体ケース部５０には、参照電極３４も収容されている。図１に示すように、本実施形態の場合、参照電極３４は板状である。本実施形態の場合、参照電極３４は本体ケース部５０の底面に貼付けられている。参照電極３４は本体ケース部５０に導通している。参照電極３４の材質としては、例えば、リチウム金属、リチウム合金、白金、金、炭素材料、または金属酸化物を採用することができる。
【００２４】
ケース２８には、保護シート３６も収容されている。保護シート３６は、発電要素２０、正極集電体２２、および、負極集電体２４と共にケース２８に収容される。保護シート３６はケース２８と発電要素２０との間に配置されていればよいものであるが、これにとどまらず、本実施形態における保護シート３６は、発電要素２０、正極集電体２２、および、負極集電体２４を包むものである。このため、発電要素２０と参照電極３４との間は、図１に示すように、保護シート３６によって仕切られていることとなる。
【００２５】
図２に示すように、保護シート３６の形状は蓋のない箱状である。保護シート３６は例えば薄膜状の合成樹脂で形成されている。保護シート３６の素材の例には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートがある。保護シート３６は、前後の大側壁６０，６０と、左右の小側壁６２，６２と、底壁６４とを備える。
【００２６】
保護シート３６の底壁６４には孔あき領域７０が設けられている。これが本実施形態におけるイオン通過部である。したがって、電解液２６中のイオンは孔あき領域７０を通って発電要素２０と参照電極３４との間を行き来する。本実施形態における孔あき領域７０には、７つの貫通孔８０が一列に並ぶよう設けられている。これらの貫通孔８０によって、保護シート３６の内側と外側とが連通している。また、図１および図２から明らかなように、本実施形態においては、貫通孔８０は、参照電極３４に対向するように設けられている。なお、貫通孔８０の直径は１〜２ｍｍ程度が好ましい。貫通孔８０の直径が大き過ぎると保護シート３６が裂け易くなるためである。保護シート３６が裂け易くなるのは、貫通孔８０の直径が大き過ぎると保護シート３６の強度が低下するためである。
【００２７】
なお、発電要素２０の具体的な構造、正極集電体２２および負極集電体２４の具体的な構造、正極端子３０および負極端子３２の具体的な構造、正極箔の端部と正極集電体２２との接合部の具体的な構造、負極箔の端部と負極集電体２４との接合部の具体的な構造、正極集電体２２と正極端子３０との接合部の具体的な構造、ならびに、負極集電体２４と負極端子３２との接合部の具体的な構造は周知である。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
［使用方法の説明］
ユーザは、本実施形態にかかる二次電池１０が充電と放電とを所定の回数繰返した後（二次電池１０が所定の期間放置されていた後であってもよい）にその二次電池１０の電位を測定する。測定される電位は、負極端子３２に対する正極端子３０の電位ではなく、参照電極３４に対する正極端子３０の電位、および、参照電極３４に対する負極端子３２の電位である。ユーザは、これらの電位に基づいて、二次電池１０の劣化具合を判断する。正極端子３０、および、負極端子３２のうち少なくとも一方の電位差がほとんどない場合、その電位差がほとんどない方の電極は劣化している。なお、充電された本実施形態にかかる二次電池１０の使用方法そのものは周知のリチウムイオン二次電池と同様である。したがって、ここではその詳細な説明は繰返さない。
【００２９】
［効果の説明］
以上のようにして、本実施形態にかかる二次電池１０は、電極の劣化状況を容易に把握することができる。しかも、本実施形態にかかる二次電池１０によれば、正極側が劣化しているのか、負極側が劣化しているのか、容易に判断できる。
【００３０】
その上、電解液２６中のイオンはイオン通過部を経て発電要素２０と参照電極３４との間を行き来できる。電解液２６中のイオンがイオン通過部を経て発電要素２０と参照電極３４との間を行き来できるので、保護シート３６が障壁となって参照電極３４が電解液２６から隔離される恐れは少なくなる。その恐れが少なくなるので、参照電極３４に対する正極端子３０の電位、および、参照電極３４に対する負極端子３２の電位についての、安定した測定値が得られる。
【００３１】
また、本実施形態にかかる二次電池１０において、参照電極３４は、ケース２８の底面に設けられている。多くの場合において、電解液２６はケース２８の底にたまる。しかも、イオン通過部はその参照電極３４と対向するように設けられている。これにより、発電要素２０と参照電極３４との間を電解液２６中のイオンが行き来しやすくなる。イオンが行き来しやすいので、参照電極３４に対する正極端子３０の電位、および、参照電極３４に対する負極端子３２の電位についての、安定した測定値が得られる。
【００３２】
また、孔あき領域７０が本実施形態におけるイオン通過部である。孔あき領域を設けることは、その他の構造のイオン通過部を設けることに比べて容易に実現できる。したがって、本実施形態にかかる二次電池１０によれば、容易に安定した測定値が得られることとなる。
【００３３】
また、本実施形態にかかる孔あき領域７０には参照電極３４と対向する複数の貫通孔８０が設けられている。これにより、貫通孔８０が参照電極３４に対向していない場合に比べて電解液２６中のイオンが行き来する経路の平均距離は短くなる。平均距離が短くなるので、その途中にイオンの行き来を遮る障害が発生する可能性は低くなる。障害が発生する可能性が低くなる分、発電要素２０と参照電極３４との間を電解液２６中のイオンが行き来しやすくなる。イオンが行き来しやすいので、参照電極３４に対する正極端子３０の電位、および、参照電極３４に対する負極端子３２の電位についての、安定した測定値が得られる。なお、ここでいう「平均距離」とは、次の手順を経て算出される値のことである。まず、参照電極３４上のある点について、その点から発電要素２０上のある点までの、電解液２６中のイオンの最短経路の距離を求める。距離が求められたら、参照電極３４上の上述した点から発電要素２０上の他の点までの、電解液２６中のイオンの最短経路の距離を求める。これを繰返すことにより、参照電極３４上の上述した点から発電要素２０上のあらゆる点までの、イオンの最短経路の距離が求められたことになる。次に、参照電極３４上の他の点について、同様にして距離を求める。これを繰返すことにより、参照電極３４上の任意の点から発電要素２０上の任意の点までのイオンの最短経路の距離が求められることになる。そのようにして距離が求められたら、その距離の和をその最短経路の数で除算する。このようにして算出された値が、上述した平均距離である。
【００３４】
［変形例の説明］
今回開示された実施形態はすべての点で例示である。本発明の範囲は上述した実施形態に基づいて制限されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更をしてもよいのはもちろんである。
【００３５】
たとえば、イオン通過部の具体的な構造は、電解液２６中のイオンが発電要素２０と参照電極３４との間を行き来できるものであれば特に限定されない。イオン通過部の位置は、保護シート３６の底壁６４に限定されない。
【００３６】
また、貫通孔８０の数、貫通孔８０の内径、貫通孔８０の分布は特に限定されるものではない。ただし、参照電極３４全体にわたり均等に分布することが望ましい。
【００３７】
参照電極３４の位置は、本体ケース部５０の底面に限定されない。ただし、参照電極３４は、本体ケース部５０のうち保護シート３６よりも底面側の領域に配置されることが望ましい。イオン通過部は参照電極３４に対向することが望ましい。多くの場合、電解液２６は本体ケース部５０の底部にたまる。このため、本体ケース部５０のうち保護シート３６よりも底面側の領域に参照電極３４が配置されていると、参照電極３４が電解液２６に浸りやすいためである。イオン通過部が参照電極３４に対向していると、電解液２６中のイオンが発電要素２０と参照電極３４との間を行き来しやすくなる。これらが、本体ケース部５０のうち保護シート３６よりも底面側の領域に参照電極３４が配置されることが望ましく、イオン通過部が参照電極３４に対向することが望ましい理由である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…二次電池、
２０…発電要素、
２２…正極集電体、
２４…負極集電体、
２６…電解液
２８…ケース、
３０…正極端子、
３２…負極端子、
３４…参照電極、
３６…保護シート、
５０…本体ケース部、
５２…天板、
６０…大側壁、
６２…小側壁、
６４…底壁、
７０…孔あき領域、
８０…貫通孔、
【図１】
2013030302.tif 000003
【図２】
2013030302.tif 000004